1.5 La tensione determina la velocità della luce

Indice ／ Capitolo 1: Teoria dei filamenti di energia

La luce è un pacchetto di perturbazioni che si propaga nel “mare di energia”. La sua velocità massima non è un numero unico valido ovunque nell’universo: in ogni luogo e istante la stabilisce la tensione locale del mezzo. Maggiore è la tensione, più alto è il limite locale di propagazione; minore è la tensione, più basso è tale limite. L’andamento della tensione lungo il percorso riscrive il tempo totale di viaggio della luce.

In laboratorio, quando misuriamo con righelli e orologi locali, questi strumenti variano in sintonia con l’ambiente, perciò la lettura resta quasi costante: la chiamiamo velocità misurata della luce.

Le due affermazioni sono compatibili: la velocità locale della luce varia con la tensione, mentre la velocità misurata resta costante in esperimenti sufficientemente locali.

Intuizioni quotidiane (immagini concrete):

• Sulla stessa pelle di tamburo, più è tesa, più rapidamente si diffonde l’eco.
• Sulla stessa corda, più è tirata, più in fretta avanzano le creste d’onda.
• In un mezzo più “rigido”, il suono viaggia più veloce.

L’intuizione è coerente: maggiore tensione e risposta di richiamo più pronta ⇒ propagazione più rapida.

I. Perché più tensione significa più velocità (tre idee intuitive)

• Passaggio di testimone più netto: con alta tensione il mezzo è più diritto e teso. Dopo una perturbazione, la forza di richiamo, più forte e meno esitante, trasferisce lo spostamento all’elemento successivo con minore ritardo; il fronte d’onda avanza più velocemente.
• Meno deviazioni laterali: con bassa tensione la perturbazione “fa pancia” e si disperde ai lati. Un’elevata tensione sopprime queste deviazioni, concentra l’energia nella direzione di marcia e migliora l’efficienza.
• Rapporto richiamo/attrito più alto: a “quantità di materiale” costante, una tensione maggiore rafforza il richiamo e riduce inerzia e trascinamento. Il risultato collettivo è una velocità superiore.

In una riga: tensione alta = richiamo più forte + meno ritardo + meno deviazioni ⇒ propagazione più rapida.

II. Invarianza locale e variabilità tra regioni (coerenza con la relatività)

• Accordo locale: in un intorno sufficientemente piccolo, chiunque misuri con i propri righelli e orologi locali ottiene lo stesso valore misurato c (gli standard si riscalano con l’ambiente nello stesso modo).
• Variazione dipendente dal percorso: quando un segnale attraversa zone con tensione diversa, il limite locale può cambiare gradualmente con il mezzo. Si richiede che il segnale non raggiunga né superi mai il limite locale; a cambiare è il limite stesso, non un segnale che lo “oltrepassa”.
• Perché vicino a un campo forte il ritardo resta positivo: nei pressi di corpi massicci la tensione è più alta e il limite locale maggiore. Tuttavia il cammino della luce si incurva e si allunga ancor di più. L’allungamento del percorso rallenta più di quanto il limite più alto acceleri, quindi il tempo totale cresce, in accordo con i ritardi gravitazionali osservati.

III. Perché in laboratorio si trova sempre la stessa c

• Righelli e orologi non sono esterni al sistema: sono oggetti materiali locali. Se la tensione ambientale cambia, livelli energetici atomici, frequenze proprie e risposte dei materiali vengono riscalati.
• Misurare con strumenti co-riscalati: con tali standard, lo stesso limite locale si registra come lo stesso numero.
• Dunque: un limite locale variabile e un valore misurato costante non si contraddicono: il primo è un tetto fisico, il secondo una lettura locale.

IV. Rapida omogeneizzazione nell’universo primordiale

Idea centrale: nelle epoche iniziali la tensione era estremamente alta; il mare di energia era tirato al massimo. Il limite locale di propagazione risultava quindi enorme. Informazioni e perturbazioni energetiche potevano coprire distanze vastissime in tempi brevissimi, appianando rapidamente differenze di temperatura e potenziale fino a produrre l’omogeneità su grande scala che osserviamo oggi.

• Perché non “inflazione dello spazio”? Lo scenario convenzionale fa espandere rapidamente lo spazio stesso per spiegare come regioni lontane siano state in contatto. Qui basta un meccanismo materializzato: tensione alta ⇒ limite alto ⇒ rapida comunicazione delle perturbazioni, senza una fase inflazionaria separata (si veda la sezione 8.3).
• Da distinguere dai successivi “fenomeni acustici”: nell’era del plasma la tensione di fondo restava relativamente alta, ma il forte accoppiamento e le ripetute diffusioni abbassavano la velocità effettiva di crociera delle onde acustiche collettive al di sotto del limite locale. Quell’epoca ha lasciato “spaziature preferenziali” nella struttura, senza intaccare la conclusione che un’elevatissima tensione iniziale è sufficiente per omogeneizzare senza inflazione.

V. Indicatori osservativi e confronti (per il pubblico generale)

• Privilegiare i rapporti adimensionali: nel confronto tra regioni lontane, usare rapporti senza dimensione (per esempio rapporti di frequenza di righe di stessa origine, rapporti di forma delle curve di luce, o rapporti tra ritardi di immagini multiple in lenti gravitazionali) per evitare di scambiare “standard che derivano” con reali variazioni di costanti.
• Cercare “offset comune + rapporti stabili”: in lenti forti o linee di vista estreme, se i rapporti dei ritardi tra immagini o messaggeri restano stabili mentre i tempi assoluti condividono un offset comune, il quadro indica “limiti locali plasmati dalla tensione + geometria del percorso”, più che ritardi nella sorgente o dispersione dipendente dalla frequenza.
• Percorsi più lunghi, sensibilità maggiore: vicino alla Terra, dove la tensione è abbastanza uniforme, misure ripetute restituiscono lo stesso valore. Cammini che coprono grandi distanze o attraversano ambienti estremi mostrano con più facilità eventuali differenze.

VI. In sintesi

• Tetto locale fissato dalla tensione: più teso, più rapido; più lento se è lasco. Valore misurato fissato dagli strumenti locali: sempre c in un’area sufficientemente piccola.
• Il potenziale pone il tetto, la geometria detta l’orologio: il tetto deriva dalla tensione locale; il tempo totale dipende dalla distribuzione della tensione e dalla forma del percorso.
• Coerente con la relatività: in domini locali il limite è lo stesso per tutti; le differenze si accumulano solo tra regioni.
• Universo primordiale: un’enorme tensione iniziale ha consentito una comunicazione quasi istantanea delle perturbazioni, rendendo possibile una rapida omogeneizzazione senza richiedere una fase inflazionaria (si veda la sezione 8.3).